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当我们遥望更远的恒星和星系时，我们看见的是更久远的过去：一个数十亿年前的宇宙。
从这个意义上说，我们接收到的光也有数十亿岁了，从它诞生的那一刻起，就一直在宇宙中穿行。
光是我们在宇宙里能看见的最古老的东西。
当然，我们通常所说的时钟相距比较近。
有这样一个有趣的现象，如果你把一个时钟放在一架飞机上，以大约每小时800千米的速度飞行，你会发现，它相较于地面上的时钟要走得慢一些，这是因为信号在两个时钟之间得以传递的最高速度是光速。
你可以参照图29明白其中的道理。
一个人（标记为A）在地面上，而另一个人（标记为B）在高速运动的飞机上。
A向离地面H高度处的一面镜子发射一道光。
从A的角度看，这道光的行程是H；然而，从B的角度看，这个光信号的行程比H稍长，因为A相对于B在高速后退。
既然信号的传递速度对A和B而言都是光速，而且他们根据发射信号和接收信号所记录的时间是一样的，那么唯一的解释就是从A的角度看，B的时钟走得比他的慢，而从B的角度看，A的时钟走得比自己的慢。
这个现象被称为时间膨胀。
图29 相对运动导致的时间膨胀。
观察者A（地面上）和B（高速运动的飞机上）各自测量同一束光到达悬挂于高度H的镜子的时间。
他们测出的时间并不相同，这是因为他们之间有相对运动
爱因斯坦用同样的方法表明了空间也同时在收缩。
也就是说，对观察者A而言，观察者B所处三维空间框架中的短棍（如图28）应该比A的要短，反之，B也觉得A的比自己的短。
这两个效应的产生都是因为任何信号都有一个传播的最高速度，而且这个速度对每个人都是一样的。
如果这一说法不成立，那么我们就可以自行选择一个三维空间框架，或者“参照系”
，在这个框架中，信号以最快的速度传播。
爱因斯坦的相对论指出了这个框架是不存在的，因此，牛顿提出的空间是恒定不变且预先存在的想法是不正确的。
由于任何信号传播的最高速度都是光速，光对于定义空间和时间都至关重要。
那么，使用之前提到的用光信号去校正两个时钟到底能达到怎样的精度呢？一个提高校正精度的方法是让这束光尽可能地短，这样信号到达时的不确定性会最小。
因此知道光束的长短是否有极限很重要。
事实证明，这些极限确实存在，并且它们源自一种类似波的特性，这种特性限制了成像系统的分辨率，正如我们在第3章讨论的那样。
那么，光波的频率是如何确定的呢？想象这里有一个时钟，观察在单位时间间隔内我们可以接收到多少个波峰。
通过的波峰数量越多，表明光波的频率越高。
由于我们判断光波是否达到波峰的能力并不完美，所以频率的测量精度取决于我们重复测量的次数。
如此说来，我们观测的时间越长，对频率的测定就越精确。
值得注意的是，在此过程中，时间的测量也存在着不确定性。
这种时间与频率测量精度间的权衡是波的基础：频率的不精确性与时间间隔的不确定性相乘为定值。
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